三元化合物半导体Cd_1-xZn_xTe（简称CdZnTe或CZT）晶体因其优异的光电性能,被认为是最有前景的室温核辐射探测器材料,在能谱测量和成像领域备受重视。然而,在CZT晶体生长过程中易引入大量缺陷,尤其是晶界、Te夹杂相等,限制了大体积探测器级CZT晶体的应用。近年来,移动加热器法（Traveling Heater Method,THM）脱颖而出,被认为是目前生长大体积、高质量探测器级CZT晶体的最有前景的方法之一。本文通过引入坩埚加速旋转技术（Accelerated Crucible Rotation Technique,ACRT）对THM工艺进行优化,获得高结晶质量的大体积单晶,进而通过调整富Te熔区化学计量配比、优化In掺杂浓度等缺陷控制工艺对CZT晶体中的缺陷能级进行有效调控,获得高电阻率、高载流子迁移率寿命积的探测器级CZT晶体。从富Te熔区的输运特性入手,研究了生长工艺参数对富Te熔区中溶质输运的影响,发现生长温度、ACRT的最大转速和平台时间是影响富Te熔区中溶质输运的显著性因素。基于此,系统研究并优化了生长直径为53 mm CZT晶体的THM工艺,获得最优工艺为:生长温度1123 K,生长速率0.4 mm/h,熔区长度20³0 mm;ACRT的波形为正反梯形,最大转速40 rpm,平台时间30 s,加速/减速时间3 s。采用上述最优工艺,成功获得体积超过220 cm³的CZT单晶。通过对不同生长条件下淬火的生长界面形貌研究,揭示了生长工艺参数、生长界面形貌和结晶质量之间的内在关系。结果表明,在THM过程中,未引入坩埚旋转,生长界面通常是凹的。引入ACRT后,凹形生长界面的曲率被显著减小。通过增加ACRT的最大转速或减小平台时间以增强强迫对流,可以获得平直或微凸的生长界面。坩埚恒速旋转在一定程度上也可以减小凹界面的曲率,但与ACRT相比,其效果较为有限。同时发现,凹的生长界面易引起侧壁形核,导致多晶生长,而微凸或平直的生长界面显著地增加了单晶尺寸,甚至获得单晶锭。此外,生长界面的微观形貌显著地影响着CZT晶体中Te夹杂相的分布。在微观尺度上,不规则的胞状生长界面显著增加CZT晶体中Te夹杂相尺寸和密度(¹0⁶cm^-3);而平滑的生长界面大大减少了Te夹杂相的形成,其密度仅为1.74×10⁵cm^-3,减小了一个数量级,尺寸也显著减小到3μm以下。采用高分辨透射电子显微镜和选区电子衍射研究了CZT晶体中纳米级结构缺陷。结果表明,在THM生长的CZT晶体中,仅发现六方结构的Te沉淀相,其尺寸约小于10 nm,密度为9.20×10¹⁵ cm^-3,比Bridgman法生长的CZT晶体中Te沉淀相的密度小了近两个数量级。Te沉淀相与CZT基体存在两种取向关系[112]_M//[0001]_P且（1 11）_M//（1100）_P和[111]_M//[0001]_P且（220）_M//（1120）_P。择优生长方向是在CZT基体的（1 11）_M密排面上沿[110]_M方向生长。在快速冷却（60K/h）的CZT晶体中,Te沉淀相形状不规则;而在缓慢冷却（5 K/h）的晶体中,其截面形状是规则的六边形,且与CZT基体完全共格。同时,在CZT晶体中也发现两种有序相结构,分别对应的超点阵斑点是1/2{111}和1/2{111}。沿[112]_M晶带轴观察,发现有序相的择优生长方向是在CZT基体的（1 11）_M密排面上沿[110]_M方向生长。有序相在不规则的Te沉淀相界面附近富集,这可能归因于不规则的Te沉淀相界面附近晶格应变能较大,并且其台阶状边缘为有序相提供了有利的形核点。通过优化THM工艺,减小CZT晶体中的热应力并控制Te沉淀相的形貌,可以消除CZT晶体中的有序相。采用热激电流谱（Thermally Stimulated Current,TSC）技术表征了THM生长的CZT晶体中缺陷能级的分布特性,揭示了不同工艺条件对缺陷能级类型和浓度的影响规律。发现生长温度对缺陷能级有着显著的影响。随生长温度从1223 K到1023 K的降低,Cd空位相关的缺陷浓度变化最为显著,减小了近两个数量级。然而生长温度过低（1023 K）并不利于探测器级CZT晶体的生长。由于CZT晶体中出现高浓度的一次和二次电离的Te间隙缺陷能级(Te_i^-和Te_i^2-),导致CZT晶体光电性能恶化,仅获得低电阻率（10⁸Ω·cm）的p型晶体,其载流子迁移率和能谱响应均很差。此外,冷却速率显著地影响着CZT晶体中二次电离的深施主缺陷(Te_Cd²⁺)的浓度。随冷却速率的减小,深施主缺陷(Te_Cd²⁺)的浓度增加。基于TSC测试结果,采用Hall和I-V测试技术研究了缺陷能级浓度、载流子浓度和电阻率的内在关联,探讨了CZT晶体的高阻形成机制。通过飞行时间技术（Time of Flight,TOF）和能谱测试系统对CZT光电性能的研究,揭示了CZT晶体中深能级缺陷对其光电性能的影响规律。结果表明,深施主缺陷Te_Cd²⁺是影响CZT晶体的电子迁移率和探测性能的主要因素。随深施主缺陷Te_Cd²⁺浓度的增加,电子迁移率从1159±13 cm²V^-1s^-1显著减小到710±19 cm²V^-1s^-1。深施主缺陷(Te_Cd²⁺)的浓度低于¹0¹³ cm^-3量级是获得高性能CZT探测器的有利条件。结合以上研究结果,进一步优化THM工艺,最终获得具有高结晶质量和优异光电性能的CZT晶体。CZT晶体中Te夹杂相尺寸小于3μm,密度为0.9³.0×10⁵ cm^-3,位错腐蚀坑密度为1⁴×10⁴ cm^-2,红外透过率高达65%;电阻率高达¹0¹⁰量级,对²⁴¹Am@59.5 KeV的γ射线的分辨率为3.67%,电子的迁移率寿命积高达6.55×10^-3 cm²V^-1,而空穴的迁移率寿命积也高达4.02×10^-4 cm²V^-1。